《污水处理培训知识资料》污水生物脱氮除磷原理及工艺 52页

生物脱氮除磷原理及工艺概述生物脱氮原理生物脱氮工艺与技术生物除磷原理生物除磷工艺与技术同步脱氮除磷工艺\n第一节概述一、营养元素的危害二、脱氮的物化法三、除磷的物化法\n一营养元素的危害氨氮会消耗水体中的溶解氧；含氮化合物对人和其它生物有毒害作用：氨氮对鱼类有毒害作用；NO3和NO2可被转化为亚硝胺——“三致”物质；水中NO3高，可导致婴儿患变性血色蛋白症——“Bluebaby”；氮磷浓度升高加速水体的“富营养化”过程；\n太湖的富营养化\n\n\n二、脱氮的物化法废水中的氮以有机氮、氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮四种形式存在。废水中，NH3与NH4+以如下的平衡状态共存：1）氨氮的吹脱法：\n二、脱氮的物化法调节pH值沉淀池吹脱塔出水排泥进水石灰或石灰乳吹脱法脱氨工艺流程这一平衡受pH的影响，pH为10.5~11.5时，因废水中的氮呈饱和状态而逸出，所以吹脱法常需加石灰。\n二、脱氮的物化法2）加氯法去除氨氮：每mgNH4+--N被氧化为氮气，至少需要7.5mg的氯。加氯反应池活性炭吸附塔NaOCl进水出水\n\n二、脱氮的物化法3）选择性离子交换法去除氨氮：采用沸石作为除氨的离子交换体。澄清或过滤沸石离子交换床出水再生液脱氮NH3或N2进水\n三、除磷的物化法（混凝沉淀法）1）铝盐除磷:羟磷灰石一般用Al2(SO4)3，聚氯化铝（PAC）和铝酸钠（NaAlO2）2）铁盐除磷：FePO4、Fe(OH)3一般用FeCl2、FeSO4或FeCl3、Fe2(SO4)33）石灰混凝除磷:\n第二节废水生物脱氮的基本原理一、生物脱氮的基本过程：①氨化(ammonification)——含氮有机物，在生物处理过程中被（好氧或厌氧）异养微生物氧化分解为氨氮；②硝化(nitrification)——由好氧自养硝化菌将氨氮转化为NO2和NO3；③反硝化(denitrification)——缺氧条件下，在异养反硝化菌的作用下将NO2和NO3还原转化为N2。\n二、硝化反应（Nitrification）分为两步：由两组自养型硝化菌分步完成：①氨氧化细菌，或亚硝化细菌（Nitrosomonas）；②亚硝酸盐氧化细菌，或硝化细菌（Nitrobacter）\n1、硝化细菌的特性●都是革兰氏阴性、无芽孢的短杆菌和球菌；●强烈好氧，不能在酸性条件下生长；●无需有机物，以无机含氮化合物为能源，以无机C（CO2或HCO3-）为碳源；●化能自养型；●生长缓慢，世代时间长。\n2、硝化反应过程及反应方程式：①亚硝化反应：●亚硝酸盐细菌的产率是：0.146g/gNH4+-N●氧化1mgNH4+-N为NO2--N，需氧3.16mg●氧化1mgNH4+-N为NO2--N，需消耗7.08mg碱度以(CaCO3计)加上合成，则：55NH4++76O2+109HCO3-C5H7O2N+54NO-2+57H2O+104H2CO3\n2、硝化反应过程及反应方程式：②硝化反应：加上合成，则：硝酸盐细菌的产率是：0.02g/gNO2-N氧化1mgNO2-N为NO3-N，需氧1.11mg几乎不消耗碱度\n2、硝化反应过程及反应方程式：③总反应：加上合成，则：氧化1mgNH4+-N为NO3—N，需氧4.57mg，其中亚硝化反应3.43mg，硝化反应1.14mg，需消耗碱度7.14mg(以CaCO3计)\n3、硝化反应的环境条件：①好氧条件(DO不小于1mg/l)，并能保持一定的碱度以维持稳定的pH值(适宜的pH为8.0~8.4)；②一般要求进水BOD5在15~20mg/l以下；③适宜温度：20~30C；<15C，速率下降；<5C，完全停止；④污泥龄，须大于其最小世代时间(一般为3~10天)；⑤抑制物质：高浓度的氨氮、（亚）硝酸盐、有机物、重金属离子等\n三、反硝化反应1、反硝化反应过程及反硝化菌定义：硝酸盐或亚硝酸盐在反硝化菌的作用下，被还原为气态氮（N2）的过程；反硝化菌属异养型兼性厌氧菌，并不是一类专门的细菌，分属近十个不同的属，存在于土壤和污水处理系统中，如变形杆菌、假单胞菌等，土壤微生物中有50%是这一类具有还原硝酸盐能力的细菌；反硝化菌能在缺氧条件下，以NO2-N或NO3-N为电子受体，以有机物为电子供体，而将氮还原；①同化反硝化，最终产物是有机氮化合物，是菌体的组成部分；②异化反硝化，最终产物为分子态的氮气。\n反硝化反应的方程式以[H]为电子供体：\n反硝化反应方程式以甲醇为电子供体：\n碳源：①废水中有机物，若BOD5/TKN>3~5时，即可；②外加碳源，多为甲醇；③内源呼吸碳源—细菌体内的原生物质及其贮存的有机物。适宜pH：6.5~7.5；溶解氧应控制在0.5mg/l以下；适宜温度：20~40C2反硝化反应的影响因素\n生物脱氮的基本原理有机氮NH4+-NNO2-NNO3-NNO2-NN2①氨化作用亚硝化作用硝化作用②硝化作用③反硝化作用O2O2O2或无氧异养细菌氨氧化细菌（自养型）硝化细菌（自养型）有机物有机物反硝化细菌（异养型）反硝化细菌（异养型）好氧或厌氧条件碱度增大，pH值升高绝对好氧条件碱度下降，pH值降低绝对好氧条件碱度和pH值无变化碱度增大，pH值升高缺氧条件\n第三节废水生物除磷原理（1）有关废水中的磷的基本概念：废水中的存在形式：无机磷酸盐（H2PO4-、HPO42-、PO43-）、聚磷酸盐有机磷，等；所有细菌都从环境中摄取磷；磷细菌（也称为聚磷菌、除磷菌），可过量、超出生理需要的摄取磷，以聚合磷酸盐的形式贮存在细胞体内，从系统中排出这种高磷污泥，就可达到除磷的目的。\n生物除磷的原理与过程I——PHB（聚羟基丁酸）S——聚合磷酸盐厌氧条件下，除磷菌将磷释放好氧条件下，除磷菌过量摄取磷高含磷污泥的排出\n污水中的有机物在厌氧发酵产酸菌的作用下转化为乙酸苷；而活性污泥中的聚磷菌在厌氧的不利状态下，将体内积聚的聚磷分解，分解产生的能量一部分供聚磷菌生存，另一部分能量供聚磷菌主动吸收乙酸苷转化为PHB(聚β-羟基丁酸)的形态储藏于体内。聚磷分解形成的无机磷释放回污水中，这就是厌氧释磷。厌氧环境中：生物除磷的原理与过程\n进入好氧状态后，聚磷菌将储存于体内的PHB进行好氧分解并释出大量能量供聚磷菌增殖等生理活动，部分供其主动吸收污水中的磷酸盐，以聚磷的形式积聚于体内，这就是好氧吸磷。剩余污泥中包含过量吸收磷的聚磷菌，也就是从污水中去除的含磷物质。普通活性污泥法通过同化作用除磷率可以达到12%~20%。而具生物除磷功能的处理系统排放的剩余污泥中含磷量可以占到干重5%~6%，去除率基本可满足排放要求。好氧环境中：\n二、生物除磷过程的影响因素①溶解氧：l厌氧池内：绝对的厌氧，即使是NO3-等也不允许存在；l好氧池内：充足的溶解氧。②污泥龄：l剩余污泥对脱磷效果有很大影响，泥龄短的系统产生的剩余污泥多，可以取得较好的除磷效果；l有报道称：污泥龄为30d，除磷率为40%；污泥龄为17d，除磷率为50%；而污泥龄为5d时，除磷率高达87%。③温度：l5~30C；\n二、生物除磷过程的影响因素④pH值：l6~8。⑤BOD5负荷：lBOD/TP>20；l小分子易降解的有机物诱导磷的释放的能力更强；l磷的释放越充分，磷的摄取量也越大。⑥硝态氮l硝酸盐应小于2mg/l；当COD/TKN10，硝酸盐的影响就减弱了。⑦氧化还原电位：l好氧区的ORP:+40~50mV；缺氧区的ORP:-160~5mV\n第四节废水生物脱氮工艺与技术一、活性污泥法脱氮传统工艺二、缺氧—好氧活性污泥法生物脱氮系统（A—O工艺）三、氧化沟生物脱氮工艺四、生物转盘生物脱氮工艺\n一、活性污泥法脱氮传统工艺1、三级活性污泥法流程：①碳化：②氨化：\n1、三级活性污泥法流程：由Barth首先开创；三级各自具有独立的污泥系统；优点：氨化、硝化、反硝化是在各自的反应器中进行，反应速率快且较彻底；缺点：处理设备多，造价高，运行管理较为复杂。\n2、两级活性污泥法脱氮工艺\n二、缺氧——好氧活性污泥脱氮系统（A—O工艺）——又称“前置式反硝化生物脱氮系统”\n二、缺氧——好氧活性污泥脱氮系统（A—O工艺）优点：以污水中有机物为反硝化碳源，无须外加在反硝化反应过程中产生的碱度可补偿硝化反应消耗的碱度的一半左右；硝化曝气池在后，使反硝化残留的有机物得以进一步去除，无需增建后曝气池。缺点：出水中含有一定浓度硝酸氮，有可能在二沉池中进行反硝化，造成污泥上浮\n三、氧化沟生物脱氮工艺\n四、生物转盘硝化脱氮工艺进水BOD去除好氧碳化及硝化缺氧脱氮好氧\n第五节废水生物除磷工艺与技术厌氧—好氧生物除磷工艺生物法与化学法结合的除磷工艺\n一、厌氧——好氧除磷工艺(A—O工艺)\n一、厌氧——好氧除磷工艺(A—O工艺)工艺特点：水力停留时间为3~6h；曝气池内的污泥浓度一般在2700~3000mg/l；磷的去除效果好（~70%），出水中磷的含量低于1mg/l；污泥中的磷含量约为4%，肥效好；SVI小于100，易沉淀，不易膨胀。\n二、Phostrip除磷工艺——生物除磷和化学除磷相结合\n二、Phostrip除磷工艺工艺特点：除磷效果好，处理出水的含磷量一般低于1mg/l；污泥的含磷量高，一般为2.1~7.1%；石灰用量较低；污泥的SVI低于100，污泥易于沉淀、浓缩、脱水，污泥肥分高，不易膨胀。\n第六节同步脱氮除磷工艺一、巴颠甫(Bardenpho)同步脱氮除磷工艺工艺特点：各项反应都反复进行两次以上，各反应单元都有其首要功能，同时又兼有二、三项辅助功能；脱氮除磷的效果良好。工艺复杂,反应器单元多,运行繁琐,成本高\n二、A—A—O(A2/O)同步脱氮除磷工艺工艺特点：工艺流程比较简单；总的水力停留时间短厌氧、缺氧、好氧交替运行，不利于丝状菌生长，污泥膨胀较少发生；无需投药，两个A段只需轻缓搅拌,只有O段供氧,运行费用低。\n进水沉淀池厌氧池缺氧池好氧池剩余污泥出水内回流污泥回流进气管\n二、A—A—O同步脱氮除磷工艺参数水力停留时间（h）厌氧反应器0.5~1.0缺氧反应器0.5~1.0好氧反应器3.5~6.0污泥回流比(%)50~100混合液内循环回流比(%)100~300混合液悬浮固体浓度(mg/l)3000~5000F/M(kgBOD5/kgMLSS.d)0.15~0.7好氧反应器内DO浓度(mg/l)2BOD5/P5~15(以10为宜)\n三、Phoredox同步脱氮除磷工艺工艺特点：在缺氧反应器之前再加一厌氧反应器，以强化磷的释放，从而保证在好氧条件下，有更强的吸收磷的能力，提高除磷效果。\n四、主要的脱氮除磷活性污泥法功能表及影响因素1.脱氮除磷工艺及功能表\n2.脱氮除磷活性污泥法的影响因素环境因素，如温度、pH、溶解氧。工艺因素，如泥龄、各反应区的水力停留时间。污水成分，如BOD5与N、P的比值。\n进水磷浓度为10mg/L时，SRT和BODL的去除率对出水磷浓度的影响：BODL的去除量/（mg·L-1）泥龄/d361530出水PO43--P浓度/（mg·L-1）1009.09.19.49.53007.07.48.18.55005.05.76.87.5100001.43.65.1\n重点掌握知识点物化法脱氮、除磷的基本原理生物脱氮原理、及所需环境条件生物除磷原理及环境条件同步脱氮除磷的工艺流程（A-A-O）